Temat 1: Kompasy magnetyczne

a) Stal twarda

wolno uzyskuje właściwości

magnetyczne lecz po namagnesowaniu staje się

magnesem stałym

1. Ogólne zasady magnetyzmu

b) Żelazo miękkie

szybka uzyskuje właściwości

magnetyczne lecz równie szybko je traci

c)

W namagnesowanej sztabce żelaza ( igle

magnetycznej) powstają na przeciwległych końcach

dwa bieguny magnetyczne:



Północny N



Południowy S

d)

Bieguny magnetyczne znajdują się wewnątrz

magnesu w odległości 1/12 długości sztabki, od jej

końców.

e)

Prostą łącząca bieguny magnetyczna nazywa się

osią magnetyczną

f)

Każda namagnesowana sztabka żelaza tworzy

wokół siebie

pole magnetyczne

. Jest to przestrzeń, w

której występują magnetyczne zjawiska przyciągania

i odpychania

g)

Pole magnetyczne indukuje (wywołuje na

odległość) bieguny magnetyczne w umieszczonym w

nim kawałku żelaza w ten sposób, że w końcu

bliższym bieguna N powstaje biegun S i odwrotnie

h)

Namagnesowana

sztabka

żelaza

(igła

magnetyczna) mająca swobodę ruchu w kierunku

poziomym, ustawi się w linii N-S. Północny koniec

igły ustawi się w kierunku północnym, a południowy

koniec w kierunku południowym.

Spowodowane jest to tym, że Kula Ziemska jest

jednym dużym magnesem, w którego polu mniejszy

magnes ustawia się zgodnie z prawami magnetyzmu.

Całą kulę ziemską można uważać za jeden duży

magnes, którego bieguny (

magnetyczne

) leżą w

pobliżu biegunów geograficznych (

rzeczywistych

),

lecz się z nimi nie pokrywają.

2. Magnetyzm ziemski i deklinacja

Bieguny magnetyczne zmieniają swoje położenie na

kuli ziemskiej.

W pobliżu północnego bieguna rzeczywistego (

N

)

znajduje się południowy biegun magnetyczny (

S

m

) i

odwrotnie.

Dla uproszczenia przyjęto, że biegun magnetyczny

leżący w pobliżu północnego bieguna rzeczywistego

będzie północnym biegunem magnetycznym (

N

m

)

Nasza planeta jako magnes wytwarza

ziemskie pole

magnetyczne

, którego linie mają przebieg zbliżony

do

przebiegu

nieregularnych

południków

geograficznych.

N

S

N

m

S

m

Jeżeli przez oś symetrii
igły

magnetycznej

przeprowadzimy
płaszczyznę
przechodzącą

przez

środek

Ziemi

to

przecięcie

tej

płaszczyzny

z

powierzchnią

Ziemi

utworzy

południk

magnetyczny

.

Kąt zawarty między północną częścią południka
rzeczywistego

a

północną

częścią

południka

magnetycznego nazywamy deklinacją magnetyczną.

N

S

N

m

S

m

d

Linie łączące punkty o

jednakowej wartości

deklinacji magnetycznej

nazywamy

izogonami

Linie łączące punkty o

zerowej wartości

deklinacji magnetycznej

nazywamy

agonami

Swobodnie zawieszona igła magnetyczna ustawia się
zawsze pod pewnym kątem do płaszczyzny
horyzontu. Kąt ten wacha się od 90º na biegunach
magnetycznych do 0º na równiku magnetycznym.

Kąt nachylenia swobodnie zawieszonej igły
magnetycznej

do

płaszczyzny

horyzontu

nazywamy

inklinacją

lub

kątem inklinacji.

Oznaczamy go literą

I

Linie łączące punkty o jednakowej wartości
inklinacji nazywamy

izoklinami

Północny

koniec

swobodnie

zawieszonej

igły

magnetycznej

wskazuje

kierunek

całkowitego

natężenia ziemskiego pola magnetycznego (

T

) w

danym miejscu kuli ziemskiej.

Natężenie to można
rozłożyć
na 2 składowe:



poziomą

H



pionową

V

Płaszczyzna

horyzontu

I

T

H

V

H = T

x

cos I

V = T

x

sin I

Największy

wpływ

na

wskazania

kompasu

magnetycznego ma składowa pozioma magnetyzmu
ziemskiego. Jej wartość na równiku magnetycznym
wynosi:

H = T

x

cos 0º = T

czyli

składowa

pozioma

ma

wartość

równą

całkowitemu

natężeniu

ziemskiego

pola

magnetycznego.
Natomiast na biegunach magnetycznych wartość jej
wynosi:

H = T

x

cos 90º = 0

czyli składowa pozioma ma wartość zero, co powoduje,
że

kompasy

magnetyczne

w

szerokościach

podbiegunowych stają się bezużyteczne.

Deklinacja magnetyczna w danym punkcie na kuli
ziemskiej nie jest wartością stałą lecz ulega powolnym
zmianom. Zmiany te są uwidocznione na mapach
morskich i należy brać je pod uwagę.

Cały stalowy statek poddany jest w czasie budowy i

późniejszego użytkowania stałemu działaniu pola

magnetyzmu ziemskiego. Działanie to indukuje w

kadłubie statku i w jego składowych częściach

bieguny magnetyczne z otaczającymi je polami

magnetycznymi. Powstałe w ten sposób pola

magnetyczne tworzą w sumie pole magnetyczne

całego statku, które wpływa na wskazania igły

kompasowej.

3. Magnetyzm okrętowy i dewiacja

Na stalowym statku igła kompasu magnetycznego
znajduje się pod stałym wpływem magnetyzmu
ziemskiego

i

magnetyzmu

statku.

Nie ustawia się ona w kierunku linii pola magnetyzmu
ziemskiego, lecz w pewnym kierunku wypadkowym,
zależnym od działania jego składowych.
Kierunek ten jest kierunkiem tak zwanego

południka

kompasowego

i zależy od:



właściwości magnetycznych samego statku



miejsca ustawienia kompasu magnetycznego



kursu statku w danej chwili



miejsca, w którym statek znajdują się na kuli

ziemskiej.

Kąt zawarty pomiędzy północną częścią

południka kompasowego a północną częścią

południka magnetycznego nazywamy

dewiacją

magnetyczną

i oznaczamy go literą

δ

Dewiacja ma znak

dodatni

(

+

), jeśli północny

koniec igły kompasowej jest odchylony w

prawo, czyli na wschód (

E

) od południka

magnetycznego, i znak ujemny (

-

), jeśli koniec

ten jest odchylony w lewo, czyli na

zachód

(

W

)

od południka magnetycznego.

Suma dewiacji magnetycznej (

δ

) i deklinacji

magnetycznej (

d

) jest całkowitą poprawką

kompasu magnetycznego (

cp

)

Bieguny magnetyczne, powstające na statku wskutek

indukcji magnetyzmu ziemskiego zależne są od

rodzaju żelaza w jakim są indukowane.

Można podzielić je na trzy zasadnicze rodzaje:

a) Zależność dewiacji od rodzaju materiałów użytych
do budowy
statku.



bieguny w żelazie twardym



bieguny w żelazie miękkim



bieguny w żelazie półtwardym

Bieguny w żelazie twardym

powstają w trakcie

budowy statku, są stałe i nie zmieniają się podczas

całego okresu eksploatacji.

Bieguny te są niezależne od kursu statku i od szerokości

magnetycznej, na której statek się znajduje.

Wywołują one pole magnetyczne, stałe pod względem

kierunku

i natężenia, które wywiera stały wpływ na kompas

okrętowy.

Bieguny w żelazie miękkim

są to bieguny zmienne,

powstające na krótki okres i następnie szybko

znikające lub zmieniające swój znak.

Bieguny te są zmienne i zależą od:



szerokości geograficznej



kursu statku.

Bieguny w żelazie półtwardym

powstają podczas

dłuższego pozostawania statku na tym samym kursie

(w morzu) lub w trakcie dłuższych remontów, gdy

unieruchomiony statek jest ustawiony przez parę

miesięcy w tym samym kierunku.

Bieguny te są czymś pośrednim między biegunami w

żelazie twardym i w żelazie miękkim; zarówno do ich

powstania jak i zniknięcia konieczny jest dłuższy okres

czasu.

Różne rodzaje żelaza okrętowego zachowują się

odmiennie w polu magnetyzmu ziemskiego i wskutek

tego wywołują różnego rodzaju dewiację. Ogólnie

dzielimy dewiację na:



półokrężną



ćwierćokrężną



stałą



przechyłową

b) Rodzaje dewiacji magnetycznej

Dewiacja półokrężną

jest wywoływana żelazem

twardym i pionowym żelazem miękkim. Dewiacja ta
nosi nazwą półokrężnej ponieważ, na połowie okręgu
róży kompasowej posiada znak plus, a na drugiej
połowie — znak minus. Jest to największa składowa
dewiacji na statku i jej wartości mogą dochodzić do
20°. Dewiacja ta jest zmienna a wpływ na nią ma
składowa pionowa (

V

) magnetyzmu ziemskiego.

Zależy ona od szerokości geograficznej, na której

znajduje się statek.

Dewiacja ćwierćokrężna

jest wywoływana miękkim

żelazem poziomym i zmienia swój znak na okręgu róży

kompasowej 4 razy, na przemian plus i minus. Wartość

jej nie przekracza na ogół 6° i jest niezależna od

szerokości geograficznej.

Dewiacja

stała

jest

wywoływana

poziomym

niesymetrycznym żelazem miękkim. Wartość jej waha

się w granicach l - 2° i jest niezależna od szerokości

geograficznej.

Dewiacja przechyłowa

jest wywoływana przechyłami

statku na fali

c)

Wzór

na

ogólną

dewiację

kompasu

magnetycznego

.

δ = A + B

*

sin KK+ C

*

cos KK + D

*

sin 2KK

+E

*

cos 2KK

gdzie:



KK – kurs kompasowy



A - dewiacją stałą,



B, C, D i E współczynnikami wyrażonymi w stopniach:

współczynnik B jest maksymalną dewiacją na

kursach E i W

współczynnik C jest maksymalną dewiacją na

kursach N i E,

współczynnik D jest maksymalną dewiacją na

kursach NE i SE,,

współczynnik E jest maksymalną dewiacją na

kursach SW i NW

Okrętowe kompasy magnetyczne składają się z
dwóch zasadniczych części:



Kociołka wraz z układem kierującym



Szafki kompasowej

3. Budowa i zasada działania kompasu

magnetycznego

Szafka kompasowa składa się z:



Podstawy



Części dolnej – w której umieszczone są urządzenia

do
kompensacji dewiacji



Części górnej – w której umieszczony jest kociołek z

układem
kierującym, ruchoma kopuła, oświetlenie i inne
urządzenia

Kociołek

jest

szczelnie

zamkniętym

naczyniem

wypełnionym płynem. W jego wnętrzu znajduje się układ
kierujący. Układ kierujący składa się z pierścienia
magnetycznego (lub sztabek magnetycznych - zamiast
igły magnetycznej), ułożonego w dolnej części pływaka.
Pływak posiada czpień, który opiera się o specjalne
wgłębienie. Do pływaka jest przymocowana róża
kompasowa z podziałką stopniową i rumbową. Na
wewnętrznej

krawędzi

kociołka

kompasowego

umieszczone są dwie naprzeciwległe kreski zwane
kreskami kursowymi. Szafka wraz z kociołkiem
ustawiona jest tak aby kreski kursowe pokrywały z
płaszczyzną symetrii statku. Przy wszelkich zwrotach
statku kociołek kompasowy obraca się wraz z nim i w ten
sposób statek „nachodzi" na żądany kurs, który wskazuje
róża kompasu zachowująca stały kierunek